PCB 트레이스 폭 계산기 (IPC-2221)
IPC-2221로 전류와 온도 상승에 필요한 PCB 트레이스 폭이나 주어진 폭의 허용 전류를 구하고, 저항·전압 강하·전력 손실도 계산합니다.
IPC-2221 식과 어닐링 구리 비저항을 사용합니다. 독립적으로 작성한 식과 1 A·10 °C 표준 기준값으로 확인했습니다.
사용법
- 전류에 필요한 폭을 구할지, 폭에 대한 전류를 구할지 고릅니다.
- 전류 또는 폭, 허용 온도 상승, 구리 두께, 외층·내층 여부를 입력합니다.
- 필요하면 주변 온도와 트레이스 길이를 넣어 작동 온도에서의 저항, 전압 강하, 전력 손실을 확인합니다.
자세한 설명
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IPC-2221은 구리 트레이스에 흐르는 전류와 발열의 관계를 I = k · ΔT^0.44 · A^0.725로 나타냅니다. A는 단면적(제곱 mil), k는 외층 0.048, 내층 0.024입니다. 이 계산기는 이를 양방향으로 풉니다. 전류에 필요한 폭, 또는 주어진 폭이 견디는 전류를 임의의 구리 두께(0.5~4 oz/ft² 또는 µm·mil 두께, 1 oz = 1.378 mil = 35 µm)와 허용 온도 상승에 대해 계산합니다. 트레이스 길이를 넣으면 작동 온도에서의 저항(어닐링 구리, 20 °C에서 1.7241 µΩ·cm, °C당 0.393% 증가), 전압 강하, 소비 전력도 보여 줍니다. 대표적인 확인값은 1 A, 10 °C 상승, 1 oz 구리에서 외층 11.8 mil(0.30 mm), 내층 30.8 mil(0.78 mm)입니다. 결과는 출발점이지 보증이 아닙니다. 이 식은 1950년대에 정지 공기 중 단독 트레이스를 측정한 데이터에 맞춘 곡선이며, 구리 면·비아·주변 발열 부품·기판 두께·공기 흐름을 고려하지 않습니다. 최대 35 A, 폭 400 mil, 상승 10~100 °C 범위에서 그려졌고, 벗어나면 계산은 하되 그렇다고 알려 줍니다. 2009년 이 도표를 대체한 IPC-2152는 내층 계수가 지나치게 비관적이라는 것을 확인했습니다. 적층판이 열을 퍼뜨려 내층 트레이스가 IPC-2221 예측보다 대개 덜 뜨거우므로, 여기서 나온 내층 폭은 안전한 쪽입니다. 최소 폭·간격·외층 도금 같은 제조 제약은 별개 문제입니다.
자주 묻는 질문
1 A에는 트레이스 폭이 얼마나 필요한가요?
1 oz 구리에서 10 °C 상승이면 IPC-2221 기준 외층 11.8 mil(0.30 mm), 내층 30.8 mil(0.78 mm)입니다. 20 °C 상승을 허용하면 외층은 약 7.8 mil로 줄어듭니다. 중요한 회로라면 대부분 여유 있게 올려 잡습니다.
내층은 왜 더 넓어야 하나요?
IPC-2221은 내층 트레이스가 공기에 노출되지 않고 적층판에 묻혀 있다는 이유로 k를 절반으로 잡습니다. 이후 IPC-2152를 위한 측정에서 적층판이 열을 충분히 전달해 내층 트레이스가 대개 그보다 덜 뜨겁다는 것이 드러났으므로, IPC-2221의 내층 값은 보수적입니다.
온도 상승은 얼마로 잡아야 하나요?
10 °C가 전통적인 보수적 선택이고, 전원 트레이스에는 20~30 °C도 흔합니다. 한계는 기판 재질과 주변 부품이 정합니다. 트레이스 온도는 주변 온도에 상승분을 더한 값이며, 적층판 정격(FR-4는 흔히 130 °C)과 주변 부품의 허용치보다 충분히 낮아야 합니다.
저항에 온도 상승이 반영되나요?
네. 구리의 온도 계수 °C당 0.393%를 써서 주변 온도에 허용 상승을 더한 온도에서 계산하므로, 25 °C 주변에서 30 °C 높게 작동하는 트레이스는 20 °C일 때보다 저항이 약 14% 큽니다.
1 oz 구리는 두께가 얼마인가요?
구리 1온스를 1제곱피트에 편 두께로 1.378 mil, 약 35 µm입니다. 0.5 oz는 약 17.5 µm, 2 oz는 약 70 µm입니다. 외층은 제조 과정에서 도금이 더해지는데, 공칭 두께에는 포함되지 않습니다.
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